Erdschlussüberwachung und Fehlersuchsystem

Stillstände verhindern

Im sechstgrößten Stahlwerk der Welt verursachten Fehler im elektrischen System immer wieder teure Antriebsausfälle. Um die Fehlerquelle schnell und im laufenden Betrieb aufzuspüren und so den Anlagenstillstand zu vermeiden, bat der Betreiber JSW Steel Bender India um Unterstützung. In einem Großprojekt entwickelten die Bender-Experten eine maßgeschneiderte Erdschlussüberwachung und ein Fehlersuchsystem für die komplexe Anlage, das die Betriebssicherheit der Maschinen seither deutlich erhöht.
Bild: Bender GmbH & Co. KG

JSW Steel ist einer der führenden Stahlhersteller in Indien und Teil des internationalen JSW Konzerns. In Ballari im südindischen Bundesstaat Karnataka betreibt JSW Steel das weltweit sechstgrößte Stahlwerk. Um im dortigen Stabstahlwerk hartnäckige Probleme mit Ausfällen der Rolltischmotoren in den Griff zu bekommen, wandte sich JSW Steel an Bender India.

Nach einer Problemanalyse vor Ort plante und realisierte Bender India eine Lösung aus einer Hand: Eine Isolationsüberwachung und ein Isolationsfehlersuchsystem für das Multi-Achs-System sorgen seither für eine sehr viel höhere Betriebssicherheit. JSW Steel vertraut zudem auch bei Wartung und Service für die elektrischen Sicherheitssysteme auf Bender India.

Größte Langprodukt-Anlage in Indien

Das Werk Ballari stellt Langprodukte (LP) her. Der Bereich Langprodukte besteht aus einer Walzdrahtstraße (WRM) und zwei Stabstahlstraßen (BRM 1 & BRM 2), die Walzdraht-Coils und TMT-Stäbe aus gegossenen SMS 2 und SMS 3 Walzblöcken herstellen. Derzeit ist der LP-Bereich in Ballari die größte Anlage für Langprodukte in Indien an einem einzigen Standort. Das Walzwerk ist für die gesamte Produktpalette von thermomechanisch behandelten Stäben ausgelegt, die mit der HYQST-Technologie (High Yield Strength Quenched and Self Tempered) für Größen von 8 bis 40 Millimeter Durchmesser hergestellt werden.

Komplexe Fehlersuche bei Multi-Achs-Systemen

Die Stabstahlstraße BRM-1 in Ballari ist mit sieben Siemens-Antriebssektionen ausgestattet, die in einem ungeerdeten System (IT-System) betrieben werden. Die Abschnitte 1 bis 5 haben eine Eingangsspannung von 33kV, die Abschnitte 6 und 7 eine Eingangsspannung von 6,6kV. Jeder Abschnitt enthält über Transformatoren und AC/DC-Wandler angeschlossene Multi-Achs-Systeme mit 415V und 720V. Die stationären Motoren werden über 720-V-Motorantriebe gesteuert, während die Rolltischmotoren über einen Abwärtswandler/Tiefsetzsteller mit 415-V-Motorantrieben gesteuert werden. In den letzten Jahren kam es bei BRM-1 immer wieder zu Antriebsausfällen, die Stillstandzeiten und Kosten verursachten. Der Hauptgrund für die Antriebsausfälle war der Ausfall des Rollgangmotormoduls. Selbst nach der Installation eines Bender Isometers war die Fehlersuche im Umrichtersystem des Walzwerks noch sehr schwierig, weil ein gemeinsamer Gleichrichter mehrere Umrichter speist.

Bild 2 | Das Isometer iso685-P überwacht den Isolationswiderstand des ungeerdeten Netzes, der IR-Wert wird auf dem Display angezeigt.
Bild 2 | Das Isometer iso685-P überwacht den Isolationswiderstand des ungeerdeten Netzes, der IR-Wert wird auf dem Display angezeigt.Bild: Bender GmbH & Co. KG

Abwärtswandler: Fehler frühzeitig erkennen

Die Experten von Bender nahmen sich zunächst den 415-V-Abwärtswandler vor und entwickelten eine Lösung, um seinem Ausfall vorzubeugen. Dabei ist es in einem IT-System von entscheidender Bedeutung, die erste Fehlerquelle zu erkennen und den Fehler zu beseitigen. Denn das ständige Auftreten von Fehlern verschlechtert die Isolierung und führt zu einem Ausfall des Antriebs. Diese Ausfälle können entweder durch eine Änderung der Motorkonstruktion oder durch eine frühzeitige Erkennung der Fehlerstelle im Antriebssystem minimiert werden. Eine Modifizierung der Motorkonstruktion ist jedoch mit Kosten und Zeitaufwand verbunden und erfordert verfügbares Kapital. Die Fehlerortung und sofortige Fehlerbeseitigung vermeidet Antriebsausfälle unmittelbar und ist mit geringeren Investitionskosten verbunden. Daher schlug Bender India vor, ein Bender-Isolationsüberwachungs- und Fehlersuchsystem einzusetzen. Das Isometer der Serie iso685-x-P wurde installiert, um den Isolationswiderstand des ungeerdeten Netzes zu überwachen. Der Ausgang ist mit der SPS verbunden (4-20mA). Dieser Isolationswiderstandswert (IR) wird auf einem Display angezeigt. Das Isolationsfehlersuchgerät EDS440-L-4 ist über das Relaismodul IOM441-S mit dem E/A-Modul der SPS verbunden, um den Kanal, der einen Fehler lokalisiert hat, an die SPS zu melden. Das Isolationsfehlersuchgerät EDS440-L-4 ist mit den Stromwandlern der verschiedenen Kabelkanäle verbunden. Die Hauptfunktion des Relaismoduls besteht darin, die Fehlerstelle zu identifizieren und anzugeben, welcher Antrieb einen Erdschluss hat. Die SPS stoppt den entsprechenden Antrieb und verhindert so einen Antriebsausfall. So liefert das Isometer iso685 den IR-Wert des Systems. Wenn dieser unter einen bestimmten Wert fällt, warnt ein Pop-up auf dem Display den Bediener, und der Relaisbaustein IOM441 erkennt, in welchem Antrieb der Fehler vorliegt. Sobald der Isolationsfehler behoben ist, muss der Fehler manuell zurückgesetzt werden. Die obige Konfiguration hat Isolationsfehler bereits mehrere Male erkannt und Ausfälle des Antriebs damit zuverlässig verhindert.

Motorantrieb: Fehlersuche mit Isometer-Netzwerk

Bei den Motorantrieben des Typs Classy (720V), die die stationären Motoren steuern, war die Problemlage eine ganz andere. Ein Isometer iso685 war bereits in der Hauptantriebssektion des Walzwerkes installiert und zeigte den IR-Wert auf dem Display an. Fiel der IR-Wert jedoch ab, konnte wegen der gemeinsamen DC-Bus-Antriebskonfiguration nicht festgestellt werden, welches Motormodul den Abfall verursacht hatte. Die vorher erwähnte Methode mit einzelnen Kernstromwandlern (CBCTs) ist hier aufgrund der enormen Größe der einzelnen, an die Motoren angeschlossenen Stromschienen nicht realisierbar. Deshalb wurde eine Lösung mit einem Isometer-Netzwerk aus den Isolationsüberwachungsgeräten Isometer iso685 und Isometer IR420-D6 für abgeschaltete Verbraucher entwickelt. Dabei wird das Isometer iso685 für das Online-Monitoring der Isolationswiderstandswerte des 720-V-Motorantriebs angeschlossen. Ein Offline-Isometer IR420-D6 wird bei jedem Motormodul über einen potenzialfreien Kontakt installiert, der über einen von der SPS gesteuerten digitalen Ausgang geschaltet wird. Bei laufendem Antrieb ist der Kontakt offen und trennt somit das IR420-D6. Wird der Gleichrichter jedoch ausgeschaltet, leuchtet die Test-Taste auf dem Display auf. Wird sie dann gedrückt, schließt sich der Kontakt und das netzunabhängige Überwachungsgerät IR420-D6 misst den IR-Wert jedes einzelnen Motors. Über das Display können die letzten zwei Werte und auch die aktuellen IR-Werte der einzelnen Motoren zum Vergleich angezeigt werden. Das Ankoppelgerät AGH150 wird angeschlossen, um den Nennspannungsbereich des Offline-Isometer s zu erweitern. Mithilfe dieser Fehlersuchmethode konnte JSW die Ausfallzeit des Systems drastisch reduzieren.

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